Cosa è una centrale nucleare ?

1. Cosa è una centrale nucleare ? Con centrale elettronucleare (più comunemente centrale nucleare o atomica), si intende generalmente una centrale elettrica che, attraverso l'uso di uno o più reattori nucleari, sfrutta il calore prodotto da una reazione di fissione nucleare a catena autoalimentata e controllata per generare vapore (o gas come l'anidride carbonica) a temperatura e pressione elevate col fine di alimentare turbine connesse ad alternatori e producendo quindi elettricità

2. L’origine del nucleare • La fissione nucleare fu ottenuta sperimentalmente per la prima volta dal gruppo guidato da Enrico Fermi nel 1934 bombardando l'uranio con neutroni opportunamente rallentati con un blocco di paraffina. Tuttavia i fisici italiani non compresero correttamente il processo che avevano creato identificando erroneamente i prodotti di fissione con nuovi elementi transuranici la cui creazione spiegavano mediante decadimento beta. la spiegazione corretta del fenomeno venne descritta dai chimici tedeschi Otto Hahn e Fritz Strassmann, congiuntamente ai fisici austriaci Lise Meitner e Otto Robert Frisch. Determinarono che il neutrone, relativamente piccolo, è in grado di scindere il nucleo dei pesanti atomi di uranio in due parti pressoché uguali. Numerosi scienziati (tra i primi Leo Szilard) compresero che le reazioni di fissione rilasciavano ulteriori neutroni, con il risultato di potere originare una reazione nucleare a catena in grado di autoalimentarsi. Gli scienziati in molte nazioni (inclusi gli Stati Uniti, il Regno Unito, la Francia, la Germania e l'URSS) furono spronati dai risultati sperimentali a chiedere ai loro rispettivi governi un supporto alla ricerca sulla fissione nucleare.Fermi causa le leggi razziali(sua moglie era ebrea)emigrò negli Stati Uniti d'America, così come gran parte delle personalità della fisica europea. A Chicago gli fu affidata la direzione della realizzazione del primo reattore nucleare, conosciuto come Chicago Pile-1, che entrò in funzione il 2 dicembre1942. Famosa rimane la frase in codice con la quale fu comunicata alle autorità il successo dell'esperimento: «Il navigatore italiano ha raggiunto il nuovo mondo» parafrasando la scoperta dell'America da parte di Cristoforo Colombo. • Questa attività fu condotta nell'ambito del progetto Manhattan, che portò anche alla costruzione di alcuni reattori a Hanford allo scopo di produrre plutonio da utilizzare per le prime armi nucleari (parallelamente fu approntato un piano di arricchimento dell'uranio). • A scopi puramente civili l'elettricità venne prodotta per la prima volta da un reattore nucleare il 20 dicembre 1951, alla stazione sperimentale EBR-I (Experimental Breeder Reactor I) vicino ad Arco, che inizialmente produceva circa 100 kW (fu anche il primo reattore a subire un incidente di parziale fusione del nocciolo nel 1955).

3. Come funziona la centrale nucleare? • In una centrale nucleare, l’acqua come ogni centrale elettrica basata sul ciclo del vapore, viene riscaldata dalla reazione nucleare fino a portarla alla vaporizzazione  e quindi la generazione di lavoro meccanico tramite le turbine dove viene immesso a pressione. Il principio fisico alla base della generazione del calore in una centrale nucleare è dunque la fissione nucleare, ovvero la scissione del nucleo di atomi pesanti quali uranio e plutonio. La loro sicurezza In alcune tipologie di reattori l'acqua del ciclo di potenza dei generatori a turbina non ha alcun contatto con il reattore nucleare, e quindi è esente da qualsiasi forma di emissione radioattiva; in altre tipologie (come ad esempio i reattori BWR o gli RBMK) invece questa separazione non esiste. In ogni caso, durante l'esercizio, una centrale nucleare emette piccole dosi di radioattività sotto forma di effluenti sia liquidi che gassosi, in particolare trizio, isotopi del cesio, del cobalto, del ferro, del radio e dello stronzio; tali emissioni perdurano anche a distanza di decenni dalla chiusura degli impianti in quantità che vanno dalle migliaia alle centinaia di milioni di becquerel. Le centrali nucleari a fissione sebbene siano tra gli impianti più controllati hanno dato luogo a numerosi incidenti di varia gravità, alcuni anche famosi come ad esempio quello di Černobyl'. Procedure e tecniche costruttive si sono affinate nel tempo anche al fine di contenere i rischi tipici di funzionamento, tali rischi, però, non potranno mai essere completamente annullati.

4. Dal punto di vista tecnico, una centrale nucleare recente dispone di sistemi di protezione (ad esempio la caduta del nocciolo) e di verifica tali da poter mitigare, sebbene non annullare, gli inconvenienti, almeno quelli prevedibili. La IAEA ha stabilito una scala (scala INES - International Nuclear Event Scale) di gravità degli eventi possibili in una centrale nucleare o in altra installazione, che si articola nei seguenti 8 livelli: • Livello 0 (deviazione): evento senza rilevanza sulla sicurezza. • Livello 1 (anomalia): evento che si differenzia dal normale regime operativo, che non coinvolge malfunzionamenti nei sistemi di sicurezza, né rilascio di contaminazione, né sovraesposizione degli addetti. • Livello 2 (guasto): evento che riguardi malfunzionamento delle apparecchiature di sicurezza, ma che lasci copertura di sicurezza sufficiente per malfunzionamenti successivi, o che risulti in esposizione di un lavoratore a dosi eccedenti i limiti e/o che porti alla presenza di radionuclidi in aree interne non progettate allo scopo, e che richieda azione correttiva. • esempio: l'evento di Civaux, Francia 1998 e di Forsmark, Svezia 2006 • Livello 3 (guasto grave): un incidente sfiorato, in cui solo le difese più esterne sono rimaste operative, e/o rilascio esteso di radionuclidi all'interno dell'area calda, oppure effetti verificabili sugli addetti, o infine rilascio di radionuclidi tali che la dose critica cumulativa sia dell'ordine di decimi di mSv. • Livello 4 (incidente grave senza rischio esterno): evento causante danni gravi all'installazione (ad esempio fusione parziale del nucleo) e/o sovraesposizione di uno o più addetti che risulti in elevata probabilità di decesso, e/o rilascio di radionuclidi tali che la dose critica cumulativa sia dell'ordine di pochi mSv. • Livello 5 (incidente grave con rischio esterno): Evento causante danni gravi all'installazione e/o rilascio di radionuclidi con attività dell'ordine di centinaia di migliaia di TBq come 131I, e che possa sfociare nell'impiego di contromisure previste dai piani di emergenza. • esempio: l'incidente di Three Mile Island, USA (1979), l'incidente di Windscale in Gran Bretagna (1957).

5. Impatto sulla sicurezza di un evento sismicoLa sicurezza delle centrali rispetto ad eventi sismici è da sempre una preoccupazione concreta. Le centrali sono teoricamente progettate per resistere ai sismi, in particolare in Giappone, paese geologicamente instabile. Tuttavia, i danni alla moderna centrale di Kashiwazaki-Kariwa (2007) per un sisma di 6,8 sulla scala Richter e l'esplosione alla più vetusta centrale di Fukushima verificatasi il 12 marzo 2011 in seguito ad un sisma di magnitudo 9,0 con epicentro a 130 km di distanza, dimostrano che le caratteristiche di progetto non sempre riescono a garantire l'assenza di fughe radioattive in caso di eventi sismici particolarmente forti. Gli impianti giapponesi sono infatti progettati per resistere ad un sisma di magnitudo 8,5, ma l'impianto di Kashiwazaki-Kariwa ebbe problemi già con un sisma di grado 6,8. Il terremoto dell'11 marzo 2011 verificatosi in Giappone, (magnitudo 9,0) ha invece superato i limiti di progetto, con gravissime conseguenze. Nel caso recente del terremoto/tsunami dell'11-12 marzo 2011, alcuni reattori della centrale di Fukushima-Daiichi hanno subìto danni all'impianto di raffreddamento principale esclusivamente a causa dello tsunami, mentre il sistema di raffreddamento di emergenza (ECCS) non è entrato in funzione a causa dei danni ai generatori diesel di emergenza. • Livello 6 (incidente serio): evento causante un significativo rilascio di radionuclidi e che potrebbe richiedere l'impiego di contromisure, comunque meno rischioso dell'incidente di livello 7. • esempio: l'incidente di Kyshtym, URSS (1957) • Livello 7 (incidente molto grave): evento causante rilascio importante di radionuclidi, con estesi effetti sulla salute e sul territorio. • esempio: gli incidenti di Chernobyl, URSS (1986), e Fukushima, Giappone (2011). • I casi di incidenti gravi con estese contaminazioni esterne sono fortunatamente stati pochi

6. Scorie • Il problema delle scorie radioattive è probabilmente il più critico per l'industria nucleare a fissione. Il procedimento di fissione nucleare produce materiali residui ad elevata radioattività che rimangono estremamente pericolosi per periodi lunghissimi (fino a tempi dell'ordine del milione di anni). Si tratta di vari elementi radioattivi leggeri (i prodotti di fissione) e di combustibile esaurito (uranio,plutonio ed altri radioelementi attinoidi pesanti) che vengono estratti dal reattore. Questo materiale, emettendo delle radiazioni penetranti, è molto radiotossico e richiede dunque severe precauzioni nel trattamento e nello smaltimento. Un altro problema del combustibile nucleare esausto (comunemente dette scorie radioattive)è il decadimento radioattivo che produce energia attraverso l'emissione di raggi beta (decadimento beta) Centrali nucleari a fusione Le centrali a fusione nucleare si basano su un principio differente: anziché scindere atomi pesanti mediante bombardamento con neutroni come avviene nella fissione, la fusione implica invece l'unione di due atomi leggeri, generalmente trizio e deuterio, ottenendo dal processo una enorme quantità di energia termica, un nuovo nucleo più grande (quale l'elio) e nucleoni. È lo stesso processo che ha luogo nel Sole e nelle bombe termonucleari,da anni è allo studio di diversi gruppi di scienziati e tecnici, ma apparentemente ancora senza risultati apprezzabili. Le stime attuali non prevedono l'utilizzo effettivo di energia da fusione nucleare prima del 2050.

7. LE CENTRALI NUCLEARI • Di: Giulia Canini 3°A • Fonti: www.wikipedia.it • www.digilandia.it